信息化导论 第4讲_微电子技术与摩尔定律
摩尔定律ppt
栅极氧化层随着晶体管 尺寸变小而越来越薄，目前 主流的半导体制程中，甚至 已经做出厚度仅有1.2纳米的 栅极氧化层，大约等于5个原 子叠在一起的厚度而已。在 这种尺度下，所有的物理现 象都在量子力学所规范的世 界内，例如电子的穿隧效应。 因为穿隧效应，有些电子有 机会越过氧化层所形成的位 能障壁（potential barrier） 而产生漏电流，这也是今日 集成电路芯片功耗的来源之 一。
物理学家加来道雄 （Michio Kaku）是纽约 城市大学一名理论物理 学教授，2012年接受采 访时称摩尔定律在叱咤 芯片产业47年风云之久 后，正日渐走向崩溃。 这将对计算机处理进程 产生重大影响。在未来 十年左右的时间内，摩 尔定律就会崩溃，单靠 标准的硅材料技术，计 算能力无法维持快速的 指数倍增长。
摩尔定律面临的挑战
摩尔定律问世已40多年， 人们不无惊奇地看到半导 体芯片制造工艺水平以一 种令人目眩的速度提高。I ntel的集成电路微处理器 芯片Pentium4的主频已高 达2GHz，2011年推出了含 有10亿个晶体管、每秒可 执行1千亿条指令的芯片。 这种发展速度是否会无止 境地持续下去是成为人们 所思考的问题。
从技术的角度看，随 着硅片上线路密度的增加， 其复杂性和差错率也将呈 指数增长，同时也使全面 而彻底的芯片测试几乎成 为不可能。一旦芯片上线 条的宽度达到纳米（10-9 米）数量级时，相当于只 有几个分子的大小，这种 情况下材料的物理、化学 性能将发生质的变化，致 使采用现行工艺的半导体 器件不能正常工作，摩尔 定律也就要走到尽头。
什么是摩尔定律
什么是摩尔定律戈登·摩尔（Gordon Moore）摩尔定律是由英特尔（Intel）创始人之一戈登·摩尔（Gordon Moore）提出来的。
其内容为：集成电路（IC）上可容纳的晶体管数目，约每隔24个月（1975年摩尔将24个月更改为18个月）便会增加一倍，性能也将提升一倍，当价格不变时；或者说，每一美元所能买到的电脑性能，将每隔18个月翻两倍以上。
这一定律揭示了信息技术进步的速度。
1965年4月19日，《电子学》杂志（Electronics Magazine）第114页发表了摩尔（时任仙童半导体公司工程师）撰写的文章〈让集成电路填满更多的组件〉，文中预言半导体芯片上集成的晶体管和电阻数量将每年增加一倍。
1975年，摩尔在IEEE的一次学术年会上提交了一篇论文，根据当时的实际情况对摩尔定律进行了修正，把“每年增加一倍”改为“每两年增加一倍”，而现在普遍流行的说法是“每18个月增加一倍”。
但1997年9月，摩尔在接受一次采访时声明，他从来没有说过“每18个月增加一倍”，而且SEMATECH路线图跟随24个月的周期。
大抵而言，若在相同面积的晶圆下生产同样规格的IC，随着制程技术的进步，每隔一年半，IC产出量就可增加一倍，换算为成本，即每隔一年半成本可降低五成，平均每年成本可降低三成多。
就摩尔定律延伸，IC技术每隔一年半推进一个世代。
摩尔定律是简单评估半导体技术进展的经验法则，其重要的意义在于长期而言，IC制程技术是以一直线的方式向前推展，使得IC产品能持续降低成本，提升性能，增加功能。
台积电董事长张忠谋曾表示，摩尔定律在过去30年相当有效，未来10~15年应依然适用。
但最新的一项研究发现，”摩尔定律”的时代将会退出，因为研究和实验室的成本需求十分高昂，而有财力投资在创建和维护芯片工厂的企业很少。
摩尔定律的内容是什么
摩尔定律的内容是什么摩尔定律，又称摩尔规律，是由英特尔公司创始人之一戈登·摩尔在1965年提出的一个理论。
摩尔定律指出，集成电路上可容纳的晶体管数量每隔18-24个月便会增加一倍，而其价格却不会增加。
这一定律的提出，对计算机科学和电子工程领域产生了深远的影响，也成为了现代信息技术发展的基石之一。
摩尔定律的内容主要包括两个方面，一是晶体管数量的增长速度，二是晶体管的成本。
首先，摩尔定律指出，集成电路上可容纳的晶体管数量每隔18-24个月便会增加一倍。
这意味着随着时间的推移，芯片上所集成的晶体管数量呈指数级增长。
这一现象直接推动了计算机性能的飞速提升，使得计算机在相对较短的时间内实现了巨大的发展。
其次，摩尔定律指出，随着晶体管数量的增加，其成本并不会增加。
也就是说，在同样的制造工艺下，晶体管的成本并不会随着数量的增加而线性增长。
这使得计算机的性能提升不仅迅猛，而且成本相对较低，从而大大降低了计算机的价格，使得计算机技术更加普及。
摩尔定律的提出不仅仅是对硅谷的一次重大革命，更是对整个信息时代的一次革命。
正是因为摩尔定律的存在，才有了今天计算机技术的高速发展，也才有了今天人们对于信息时代的无限憧憬。
摩尔定律的提出，使得计算机的性能每隔一段时间就会有质的飞跃，这种飞跃不仅仅是在硬件层面，更是在软件和应用层面。
正是因为摩尔定律的存在，才有了今天云计算、大数据、人工智能等一系列新兴技术的应运而生。
这些技术的涌现，不仅改变了人们的生活方式，也改变了整个社会的发展轨迹。
然而，随着摩尔定律的提出已经有近60年的时间，人们开始质疑摩尔定律是否还能够持续下去。
因为在当前的技术水平下，晶体管的数量增长已经逐渐遇到了物理屏障，而且随着集成电路制造工艺的不断精密化，成本的降低也已经变得越来越困难。
因此，一些学者开始认为摩尔定律可能会在未来的某个时间点失效，这也意味着计算机技术的发展可能会遇到瓶颈。
尽管如此，摩尔定律的提出依然是一次伟大的创举，它改变了整个世界的面貌，也改变了人类的发展进程。
摩尔定律讲义
Drain
• S/D leakage current • Gate leakage current
Power
• • • • •
Surface scattering - mobility High E-field - mobility DIBL drain to source leakage IOFF Subthreshold slope >> ln(10)kT/q IOFF VG - VT decrease ION
2.特点：
一是：采用非CMOS的等比例缩小方法，将集成电感、 电容等占据大量PCB空间的无源元件集成在封装内，甚至芯 片上，使电子系统进一步小型化，以达到提高其性能的目的。 二是：按需要向电子系统集成“多样化”的非数字功能， 形成具有感知、通信、处理、致动等功能的微系统。
3.目的：
对环境智能所需要的意识和响应能力实现全面补充，使 人体和环境实现直接接口 模拟和模拟／混合信号技术、RF技术、高压／功率技术、 光电子技术、生物技术MEMS／NEMs和传感／致动等多学 科和多学科融合技术
4.技术组成：
汽车 通信 MTM 军事 娱乐 安全 医疗
三、Beyond CMOS
碳纳米管
2009年美国NSF启 动超越摩尔定律的科 学与工程 SEBML(Science and Engineering Beyond Moore‘s Law)项目要 求全新的科学、工程 和概念框架。例如： 碳纳米管、器件小型 化和系统中容错技术 等等。
6.解决方案
两个对策：More-Than-Moore & Beyond CMOS
二、 More-Than-Moore
计算机发展的摩尔定律
计算机发展的摩尔定律哎呀，说起计算机发展，那可真是个让人头大的话题。
不过，咱们今天就聊聊那个让人又爱又恨的摩尔定律，这玩意儿可真是计算机界的“老黄历”了。
记得我上大学那会儿，电脑还是那种大头机，屏幕跟个电视机似的，开机得等半天，运行个程序跟蜗牛赛跑似的。
那时候，摩尔定律可是个热门话题，大家都在讨论，说这玩意儿能让我们电脑的性能每两年翻一番。
我当时就想，这玩意儿靠谱吗？结果，你看现在，手机都能当电脑用了，这速度，这性能，简直让人瞠目结舌。
摩尔定律，简单来说，就是说集成电路上能集成的晶体管数量，大约每两年翻一番。
这就意味着，电脑的性能会随着时间的推进而不断增强。
这个定律是由英特尔的联合创始人戈登·摩尔在1965年提出的，那时候他预测，未来十年内，集成电路上的晶体管数量会翻倍。
结果，这哥们儿的预测不仅应验了，还成了计算机发展的一个重要里程碑。
但是，你别看现在电脑性能这么牛，摩尔定律也不是没有争议的。
有人说，这玩意儿总有一天会碰到瓶颈，因为物理限制嘛，晶体管不可能无限小下去。
不过，科学家们也不是吃素的，他们一直在想办法突破这个限制，比如搞什么量子计算机啊，神经网络芯片啊，这些听起来就高大上的东西。
说回我自己的经历，我记得有一次，我为了写论文，电脑突然死机了。
那时候，我那个急啊，心想，这摩尔定律怎么不灵了呢？结果，我重启电脑，发现是我自己不小心按到了电源键。
哎，这事儿让我笑了好几天，也让我意识到，电脑再怎么发展，也得靠人操作，人一犯傻，啥定律都不管用。
总之，摩尔定律这玩意儿，虽然听起来有点玄乎，但它确实推动了计算机技术的飞速发展。
不过，咱们也不能光指望它，毕竟，技术的发展还得靠人的智慧和创新。
就像我那次电脑死机，虽然是个乌龙，但也提醒我，电脑再牛，也得靠人来用。
所以，咱们在享受摩尔定律带来的便利的同时，也别忘记，人的智慧才是推动技术进步的真正动力。
mroore定律
mroore定律摩尔定律是一个超级有趣又超级重要的东西呢！一、摩尔定律是啥。
摩尔定律简单来说，就是英特尔的创始人之一戈登·摩尔提出的一个关于集成电路发展规律的经验性总结。
他发现啊，集成电路上可容纳的晶体管数目，大约每隔18 - 24个月便会增加一倍。
这就意味着，随着时间的推移，我们的芯片性能会越来越强大。
就像是魔法一样，每隔一段时间，电脑啊、手机啊这些电子产品就能变得更厉害。
比如说，以前的电脑又大又笨，处理速度还慢得要死，但是因为摩尔定律，现在的电脑又小又轻便，运算速度还超快，能轻松处理各种复杂的任务。
二、摩尔定律的影响。
1. 对科技产品的影响。
摩尔定律对科技产品的影响那可真是无处不在。
就拿我们最常用的手机来说吧。
以前的手机只能打电话、发短信，屏幕小小的，功能也少得可怜。
但是随着摩尔定律发挥作用，现在的手机简直就是一个小型的超级计算机。
我们可以用它拍照、看视频、玩超酷炫的游戏，还能随时随地办公呢。
而且手机的外观也变得越来越漂亮，越来越轻薄。
再看看电脑，从以前的大机箱台式机，发展到现在的超极本，性能提升了不知道多少倍。
2. 对我们生活的影响。
它对我们生活的影响也是巨大的。
因为电子产品性能不断提升，价格还越来越便宜，所以更多的人能够享受到科技带来的便利。
我们可以通过网络和远在地球另一边的朋友视频聊天，就像面对面一样。
我们还可以在网上学习各种知识，不管是烹饪、绘画还是编程，都能找到相应的课程。
而且各种智能家居产品也走进了我们的生活，像智能音箱可以帮我们播放音乐、查询信息，智能门锁让我们进出家门更加方便安全。
3. 对产业的影响。
在产业方面，摩尔定律带动了整个电子产业的飞速发展。
芯片制造商们为了跟上摩尔定律的步伐，不断投入大量的资金进行研发。
这就催生了很多相关的产业，比如半导体材料制造、芯片设计、电子设备组装等等。
这些产业的发展又创造了大量的就业机会，让很多人有了工作。
同时，也促进了不同国家和地区之间的经济合作，因为芯片的制造是一个全球化的产业链，各个国家和地区都在这个产业链中发挥着自己的作用。
摩尔定律与集成电路
从摩尔定律看集成电路所谓摩尔定律，就是指当价格不变时，集成电路上可容纳的晶体管数目，约每隔约每隔181818个月便会增加一倍，个月便会增加一倍，个月便会增加一倍，性能也将提升一倍。
性能也将提升一倍。
性能也将提升一倍。
换言之，换言之，换言之，每一美元所能买到的每一美元所能买到的电脑性能，将每隔将每隔181818个月翻一倍以上。
个月翻一倍以上。
它是由英特尔公司创始人之一戈登·摩尔提出来的。
提出来的。
这一定律揭示了信息技术进步的速度。
尽管这种趋势已经持续了超过半个世纪，摩尔定律仍应该被认为是观测或推测，摩尔定律仍应该被认为是观测或推测，而不是一个物理或自然法。
而不是一个物理或自然法。
而不是一个物理或自然法。
预计定预计定律将持续到至少律将持续到至少201520152015年或年或年或202020202020年。
年。
然而，20102010年国际半导体技术发展路线图的更年国际半导体技术发展路线图的更新增长已经放缓在新增长已经放缓在201320132013年年底，年年底，之后的时间里晶体管数量密度预计只会每三年翻一番。
一番。
196519651965年年4月1919日，日，《电子学》杂志（《电子学》杂志（Electronics Magazine Electronics Magazine ）第）第）第114114114页发表页发表了摩尔（时任仙童半导体公司工程师）撰写的文章〈让集成电路填满更多的组件〉，文中预言半导体芯片上集成的晶体管和电阻数量将每年增加一倍。
文中预言半导体芯片上集成的晶体管和电阻数量将每年增加一倍。
1975年，摩尔在年，摩尔在IEEE 国际电子组件大会上提交了一篇论文，根据当时的实际情况对摩尔定律进行了修正，把“每年增加一倍”改为“每两年增加一倍”，而现在普遍流行的说法是而现在普遍流行的说法是“每“每“每181818个月增加一倍”个月增加一倍”。
但19971997年年9月，摩尔在接受一次采访时声明，采访时声明，他从来没有说过他从来没有说过他从来没有说过“每“每“每181818个月增加一倍”个月增加一倍”，而且SEMATECH 路线图跟随2424个月的周期。
摩尔定律、梅特卡夫定律都说了些啥？
摩尔定律、梅特卡夫定律都说了些啥？摩尔定律、梅特卡夫定律都说了些啥？小编就和大家科普一下这些颇费脑细胞的互联网、技术相关知识。
摩尔定律摩尔定律是由英特尔（Intel）创始人之一戈登·摩尔（Gordon Moore）提出。
其内容为：当价格不变时，集成电路上可容纳的元器件的数目，约每隔18-24个月便会增加一倍，性能也将提升一倍。
换言之，每一美元所能买到的电脑性能，将每隔18-24个月翻一倍以上。
这一定律揭示了信息技术进步的速度。
举个栗子：1965 年的某一天，小明下决心按照摩尔定律的指引跑步。
那么他面临的情况是这样的：两年之内，他每天只跑一个小型游泳池的长度：1两年后，他跑步的距离翻倍：110 年后：126 年后：150 年后（也就是 2015 年）：按照摩尔定律思路，零部件变得更便宜，计算机也变得越来越小，让我们看几个比较直观的对比，下图是像素的对比：下图则更直观，20年来技术进化的「终点」可能就是一部iPhone梅特卡夫定律梅特卡夫定律是由3Com公司的创始人，计算机网络先驱罗伯特·梅特卡夫提出的。
定律的内容：网络的价值等于网络节点数的平方，网络的价值与联网的用户数的平方成正比。
即网络的价值V=K×N²；（K为价值系数，N为用户数量。
）网络的外部性效果：使用者愈多对原来的使用者而言，不仅其效果不会如一般经济财产(人愈多分享愈少)，反而其效用会愈大。
例如：某种网络，比如电话的价值随着使用用户数量的增加而增加。
现在如日中天的电子商务网站阿里巴巴就是最好的例证。
梅特卡夫定律与摩尔定律的区别梅特卡夫定律常常与摩尔定律相提并论，如果说摩尔定律是信息科学的发展规律，那么梅特卡夫定律就是网络技术发展规律。
摩尔定律加上产业合流现象形成到处信息化，梅特卡夫定律再把到处信息化的企业，以网络外部性的乘数效果加以连结，终于造就一个规模可与实体世界相媲美，充满了无数商机及成长潜力惊人的全球化电子商务市场。
集成电路摩尔定律
集成电路摩尔定律在当今科技飞速发展的时代，集成电路成为了推动信息技术进步的核心力量。
而在集成电路的发展历程中，摩尔定律无疑是一个具有标志性和深远影响的重要概念。
要理解集成电路摩尔定律，首先得知道什么是集成电路。
简单来说，集成电路就是把大量的电子元件，比如晶体管、电阻、电容等，集成在一个小小的硅片上。
这样做的好处是大大提高了电路的性能和可靠性，同时减小了体积和成本。
那么摩尔定律到底是什么呢？它是由英特尔公司的创始人之一戈登·摩尔在 1965 年提出的一个经验性的观察。
摩尔定律指出，集成电路上可容纳的晶体管数目，约每隔 18-24 个月便会增加一倍。
这意味着集成电路的性能也会相应地提升，同时成本会降低。
比如说，在早期的集成电路中，可能只有几千个晶体管。
而随着时间的推移，按照摩尔定律的发展，现在的集成电路上已经能够容纳数十亿甚至上百亿个晶体管。
这带来的直接效果就是我们的电子设备变得越来越强大，越来越小巧，价格也越来越亲民。
想想看，几十年前的电脑体积巨大，运算速度缓慢，价格昂贵。
而如今，我们手中的智能手机比那些早期的电脑强大得多，却可以轻松携带，价格也能被大多数人接受。
这背后的关键原因之一，就是集成电路遵循了摩尔定律的发展。
摩尔定律不仅仅影响了计算机领域，它的影响几乎渗透到了现代生活的方方面面。
从智能手机到智能家居，从医疗设备到交通工具，集成电路的进步都让这些领域发生了翻天覆地的变化。
在通信领域，更快、更高效的集成电路使得数据传输速度大幅提升，让我们能够实现高清视频通话、快速下载文件等。
在医疗领域，先进的集成电路帮助医生更准确地诊断疾病，研发出更智能的医疗设备。
然而，摩尔定律也并非一帆风顺，它面临着诸多挑战。
随着集成电路上晶体管的尺寸越来越小，接近物理极限，制造工艺变得越来越复杂，成本也越来越高。
例如，当晶体管的尺寸小到一定程度时，量子效应开始变得显著，这会影响晶体管的性能和稳定性。
此外，制造过程中的光刻技术也面临着精度和成本的限制。
关于信息技术发展的一些定律
定律一：摩尔定律摩尔定律是指在信息技术领域，集成电路上可容纳的晶体管数量每隔约18个月翻一番，而其造价则减少一半。
这个定律由英特尔公司的创始人之一戈登·摩尔在1965年提出，并且至今仍然适用。
摩尔定律的存在推动了计算机的迅猛发展，使得计算能力的提升成为可能。
从简单的计算机到现在的强大的云计算中心，摩尔定律一直在引导着信息技术的发展。
这个定律使得处理器的速度越来越快，内存的容量越来越大，计算机的体积不断缩小，甚至手机的性能都不断提高。
摩尔定律的不断推动，使得数字革命得以实现，信息技术得以广泛应用于各个领域。
然而，随着晶体管数量的增加，由于物理限制的原因，摩尔定律在未来可能会面临挑战。
人们需要不断寻找新的解决方案，如量子计算、光子计算等，以继续推动信息技术的发展。
定律二：热尔定律热尔定律，也被称为香农定律，是由信息论的奠基人之一克劳德·香农在1948年提出的。
它指出，数字信息的传输速率与信号的带宽成正比，与信噪比成对数关系。
当信号的功率超过噪声的功率一定程度时，信息传输速率将大幅提升。
热尔定律在数据传输领域有着重要的应用。
通过提高信噪比，例如使用更先进的编码和调制技术，可以提高数据传输速率。
这个定律促使了通信领域的创新，推动了移动通信的发展，使得人们能够通过互联网随时随地进行信息交流。
在当前信息技术发展迅速的时代，热尔定律的应用已经超出了传统的通信领域。
在数据存储领域，随着硬盘容量的增加，人们对于数据传输速率的要求也越来越高。
通过应用热尔定律，研究人员可以设计更高效的数据传输方式，提高存储系统的性能。
定律三：基因测序定律基因测序定律是指DNA测序的成本每隔一段时间就会下降一个数量级，并且测序速度也会加快。
这个定律最早由温斯顿·邓哈默和约翰·苏尔斯顿于1991年提出，并且在过去几十年中得到了验证。
基因测序定律的存在推动了基因组学领域的发展。
通过降低测序成本和提高测序速度，科学家可以更快地了解生物的基因组信息，探索基因与健康、疾病之间的关系。
摩尔定律是一条半导体物理定律
摩尔定律是一条半导体物理定律一、摩尔定律的内容。
摩尔定律是由英特尔（Intel）创始人之一戈登·摩尔（Gordon Moore）提出的。
其内容为：集成电路上可容纳的晶体管数目，约每隔18 - 24个月便会增加一倍。
这意味着芯片的性能（如处理速度、存储容量等）每隔1 - 2年左右就会提升一倍，同时成本会降低一半。
二、摩尔定律的依据和原理。
1. 技术进步的推动。
- 在半导体制造工艺方面，光刻技术不断发展。
光刻技术是将电路图案转移到硅片上的关键技术。
随着时间的推移，光刻设备的分辨率不断提高。
例如，从早期的紫外光刻到现在的极紫外光刻（EUV），能够制造出更小尺寸的晶体管。
- 材料科学的进步也为摩尔定律的实现提供了支持。
新型半导体材料的研发，如硅锗（SiGe）等化合物半导体的应用，有助于提高晶体管的性能并缩小其尺寸。
2. 经济利益的驱动。
- 半导体产业是一个高度竞争的产业。
企业为了在市场中获得竞争优势，不断投入研发来提高芯片的性能。
因为性能更高的芯片可以应用于更广泛的领域，如计算机、智能手机、数据中心等。
- 随着晶体管数量的增加和芯片性能的提升，单位成本会降低。
这是因为在大规模生产的情况下，虽然研发成本较高，但分摊到每个芯片上的成本会随着产量的增加而降低。
例如，当一个新的芯片制造工艺成熟后，大量生产会使每个芯片的制造成本大幅下降，从而提高企业的利润空间并促使企业继续推动技术进步以遵循摩尔定律。
三、摩尔定律的影响。
1. 对计算机技术的影响。
- 摩尔定律推动了计算机性能的飞速提升。
从早期的大型计算机到现在的个人电脑、笔记本电脑和智能手机等移动设备，计算机的处理能力、存储容量等都得到了极大的提高。
例如，个人电脑的CPU（中央处理器）性能在过去几十年间按照摩尔定律不断提升，使得复杂的图形处理、多任务处理等功能成为可能。
- 软件产业也受益于摩尔定律。
随着硬件性能的提升，软件开发者可以开发出更复杂、功能更强大的软件。
摩尔定律的研究与发展趋势
摩尔定律的研究与发展趋势摩尔定律，是计算机历史里一个非常重要的定律。
它是由英特尔公司的创始人戈登·摩尔在1965年提出的。
摩尔定律简单来说就是：每18个月，集成电路的晶体管数量会增加一倍，而价格则会降低一半。
这一观点由于成立时间长、内容深入、适应性良好，已经成为计算机工业的重要基础之一。
而且，摩尔定律也是信息技术发展的重要标志之一，因为当时公布这个定律的目的，其实是为了释放计算机行业发展的潜力，以及增加生产竞争力。
在摩尔定律提出之后，集成电路技术突飞猛进，各种芯片的出现极大地促进了人类社会信息化和数字化的发展，包括我们使用的各种电子设备，从智能手机到云计算中心，都因为集成电路技术的发展而变得智能化、全球化，并且越来越轻便和贴近人类的生活。
所以，可以说，摩尔定律为我们的生活带来了不可估量的价值和改变。
而且，摩尔定律似乎没有结束，虽然已经不是18个月翻倍的程度了，但是每年大概还是能够迎来一个增长，这表明了集成电路技术的发展仍在加速。
这也可能是我们在每年的 CES 展会上看到，无论是人工智能、5G、云计算、大数据还是虚拟现实等等新技术，都得益于集成电路技术的发展。
而且，如果按照近期的趋势来看，摩尔定律所描述的挑战和机遇将会变得更为广泛。
比如说，随着物联网的兴起，越来越多的设备需要接入互联网，这导致集成电路技术需要在更广泛的领域来应用和发展，一方面需要更大程度地提高晶体管密度和功能性，同时还需要的是更低的功耗和热量输出。
所以，现代的芯片制造需要兼顾这两个方面的需求：第一，在摩尔定律的时间尺度内提高晶体管的密度和能力。
这个方向是传统的芯片制造方向，所以需要保持当前芯片制造技术的进步步伐，尤其是在处理器制造领域，需要投入更多的资金和技术以满足市场的需求。
在底层的半导体技术和微电子器件等领域，需要投入更多的研发和生产资金，为更高性能芯片提供支撑。
第二，在芯片制造过程中，更多地引入新的材料和制造工艺。
微电子技术发展的规律和趋势
摩尔定律：特征尺寸
0.3
特征尺寸（微米）
0.25 0.2 0.15 0.1 0.05 0 1997 1999 2001 2003
工艺尺寸 Moor Law
2006
2009
芯片上的体管数目 微处理器性能 Moore定律： 每三年翻两番
1.E+9 1.E+8 1.E+7 1.E+6 1.E +5
方向１：特征尺寸缩小
第三个关键技术 新型器件结构 新型材料体系
方向１：特征尺寸缩小
SOI(Silicon-On-Insulator
方向１：特征尺寸缩小
SOI技术：优点
完全实现了介质隔离, 彻底消除了体硅 CMOS集成电路中的寄生效应 速度高 集成密度高 工艺简单 短沟道效应小,特别适合于小尺寸器件 体效应小、寄生电容小，特别适合于 低压器件
“Itanium”:15,950,000
Pentium II: 7,500,000 PowerPC620:6,900,000 PentiumPro: 5,500,000 PowerPC604:3,600,000 Pentium:3,300,000 PowerPC601:2,800,000 i80486DX:1,200,000 m68040:1,170,000
2005年，普遍应用 6英寸及其以上尺寸的晶
工艺
晶片增加
3″－12 ″
工厂投资： 10亿美元 寿命： ５年 IC产量： 10亿块 每天： 50万块
线宽减小 0.1微米
批量增加 100片/批 设计人员：
1000人
工艺
IC产业：智能密集到劳动密集 发达国家：产业转移
我国：机遇
方向２：
集成电路走向系统芯片
什么是Moore定律
什么是Moore定律
Moore定律是英特尔创始人之一戈登·摩尔的经验之谈，其核心内容为：集成电路上可以容纳的晶体管数目在大约每经过24个月便会增加一倍。
换言之，处理器的性能每隔两年翻一倍。
扩展资料
一、Moore定律意义介绍
“摩尔定律”归纳了信息技术进步的速度。
在摩尔定律应用的50多年里，计算机从神秘不可近的庞然大物变成多数人都不可或缺的工具，信息技术由实验室进入无数个普通家庭，因特网将全世界联系起来，多媒体视听设备丰富着每个人的生活。
二、Moore定律发展前景
摩尔定律问世已40多年，人们不无惊奇地看到半导体芯片制造工艺水平以一种令人目眩的速度提高。
Intel的`微处理器芯片Pentium4的主频已高达2GHz，2011年推出了含有10亿个晶体管、每秒可执行1千亿条指令的芯片。
这种发展速度是否会无止境地持续下去是成为人们所思考的问题。
从技术的角度看，随着硅片上线路密度的增加，其复杂性和差错率也将呈指数增长，同时也使全面而彻底的芯片测试几乎成为不可能。
一旦芯片上线条的宽度达到纳米（10^-9米）数量级时，相当于只有几个分子的大小，这种情况下材料的物理、化学性能将发生质的变化，致使采用现行工艺的半导体器件不能正常工作，摩尔定律也就要走到尽头。
从经济的角度看，正如摩尔第二定律所述，20-30亿美元建一座芯片厂，线条尺寸缩小到0.1微米时将猛增至100亿美元，比一座核电站投资还大。
由于花不起这笔钱，越来越多的公司退出了芯片行业。
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什么是摩尔定律？
什么是摩尔定律？
芯片之争根本在于光刻机？光刻机的背后是整个西方最顶级的工程技术材料，技术设计水平上百年的集中体现。
而中国自主生产的光刻机精度是90纳米级别，与EUV光刻机至少有一代的技术差距。
小编最近在西瓜视频上看到了这样一个能够看完让你了解什么是摩尔定律的视频，大家一起来看看吧！
芯片行业，或者最近30年来人类的科技进步。
核心依赖于经典的摩尔定律，简单来讲，芯片因为摩尔定律可以做的越来越小，所以才造成如今我们可以在一个小小的手机内就基本实现十年前台式电脑才能实现的功能。
而摩尔定律已经触碰到了天花板，每把芯片再做小点儿，资本支出和研发费用会呈几何式的快速增长，比如生产14纳米芯片的工厂，一座厂房的建设费用就会高达一百亿美金以上，而台积电正在研发的三纳米制程，研发费用，加上资本支出至少在千亿美金的级别，而且只有消费端的巨大需求，才能保证海量的研发成本，可以在巨大的分母上摊薄到一个可接受的范围，而这海量的需求又恰恰是中国在全球产业链中的核心价值。
早在20年前，摩尔定律已经敲起了丧钟正是由于2001年中国才加入世贸组织，才使得几十年前就反复被质疑触及到技术瓶颈的摩尔定律，得以不断突破瓶颈运行到现在，一旦中国被踢出全球科技产业链，就是所有产业链上利益相关者集体殉道的日子。
看完这个视频，你是不是对什么是摩尔定律有了更加深的认识了呢？最后，给大家推荐一下这个视频，推荐大家到西瓜视频去观看。
文档
杨世博17班
摩尔定律
摩尔定律是由英特尔（Intel）创始人之一戈登〃摩尔（Gordon Moore）提出来的。
其内容为：当价格不变时，集成电路上可容纳的晶
体管数目，约每隔18个月便会增加一倍，性能
也将提升一倍。
换言之，每一美元所能买到的
电脑性能，将每隔18个月翻两倍以上。
这一定
律揭示了信息技术进步的速度。
这里需要特别指出的是，摩尔定律并非数
学、物理定律，而是对发展趋势的一种分析预
测，因此，无论是它的文字表述还是定量计算，
都应当容许一定的宽裕度。
从这个意义上看，摩尔的预言实在是相当准确而又难能可贵的了，所以才会得到业界人士的公认，并产生巨大的反响。
摩尔1929年出生在美国加州的旧金山。
曾获得加州大学伯克利分校的化学学士学位，并且在加州理工大学（CIT）获得物理化学（physical chemistry）博士学位。
50年代中期他和集成电路的发明者罗伯特〃诺伊斯（Robert Noyce）一起，在威廉〃肖克利半导体公司工作。
后来，诺伊斯和摩尔等8人集体辞职创办了半导体工业史上有名的仙童半导体公司（Fairchild Semiconductor）。
仙童成为现在的Intel和AMD之父。
集成电路摩尔定律
集成电路摩尔定律一、摩尔定律的由来与影响说起摩尔定律，很多人可能会觉得有点陌生，甚至觉得它好像和我们日常生活没啥关系。
其实不然，摩尔定律早就渗透进我们每个人的生活中，几乎是无处不在。
说白了，摩尔定律就是半导体行业的“铁律”，简单来说，它是指“集成电路上可以容纳的晶体管数目，每两年就翻一番”。
听起来是不是有点“天方夜谭”？其实这话说得通，毕竟它是由英特尔创始人之一戈登·摩尔提出的，时间大概是上个世纪60年代末。
戈登·摩尔，这名字听着就有点牛，果然人家是真的牛。
说到摩尔定律，大家一定要知道它的神奇之处。
它简直就像是集成电路行业的“活字典”，所有人都在按着这个定律来设计、改进、提升技术。
每两年，电脑、手机、平板这些设备的性能几乎都能提升一倍。
你想想，你现在用的智能手机，里面的芯片恐怕比起你几年前用的那款已经强大了不止一个档次。
早些年，手机运行卡顿，玩个游戏都会掉帧，像我那部老旧的iPhone 4，简直就是“卡车”。
可现在的手机，几乎就是一只跑得飞快的小火箭，玩什么大型游戏都能流畅运行。
所以，摩尔定律在一定程度上，直接影响了我们日常生活中的每个科技产品。
但这也不是说摩尔定律永远都能成立，实际上，随着科技的进步，集成电路的制作也面临了一些难题。
晶体管越来越小，制造过程越来越复杂，想要继续在这么小的空间里提高性能，就得付出更多的努力，甚至需要突破技术瓶颈。
再加上，半导体材料逐渐出现了一些限制，想要再像过去那样轻松翻倍，可能会变得越来越难。
大家都知道，科技发展的速度真的是“快得让人眼花缭乱”，谁也没想到，我们今天居然能够拿起手机，轻松地进行虚拟现实体验，甚至用手机做3D建模，技术的进步远远超出了我们当初的想象。
二、摩尔定律带来的变革摩尔定律的出现，不仅仅改变了科技行业的面貌，也彻底刷新了我们对世界的认知。
就拿计算机来说吧，曾几何时，计算机的体积大到几乎要占据一个房间，甚至可以说是整个家庭的重心。
摩尔定律和麦卡菲定律
摩尔定律和麦卡菲定律
摩尔定律和麦卡菲定律是信息技术领域中两个重要的定律，它们分别描述了集成电路和网络服务器的发展趋势。
摩尔定律指出，随着技术的发展和时间的推移，集成电路上的晶体管数量会以一种特定的方式增加。
根据摩尔定律，当价格不变时，集成电路上晶体管的数量每18个月就会翻一倍。
这意味着，随着时间的推移，集成电路的性能会不断提高，而价格则会不断下降。
摩尔定律的发现对于信息技术的发展产生了深远的影响。
它鼓励了人们不断追求更高的性能和更低的价格，推动了计算机技术的快速发展。
同时，摩尔定律也指导了计算机硬件制造商的生产计划和市场策略。
麦卡菲定律则描述了网络服务器市场的变化规律。
它指出，网络服务器的数量每6个月会增加一倍。
这个定律说明了网络服务器市场的快速增长趋势，以及随着时间的推移，该市场的规模会不断扩大。
麦卡菲定律的应用范围比摩尔定律要广泛得多。
它不仅适用于网络服务器市场，还可以应用于其他领域，如电子商务、社交媒体等。
这些领域都需要大量的计算能力和存储空间来支持其业务需求，而麦卡菲定律可以帮助人们更好地理解这些需求的变化和市场规模的增长。
总的来说，摩尔定律和麦卡菲定律都是信息技术领域中非常重要的定律，它们分别描述了集成电路和网络服务器市场的发展趋势。
这
些定律的应用对于信息技术的发展产生了深远的影响，鼓励了人们不断追求更高的性能和更低的价格，推动了计算机技术的快速发展。
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2. 光刻瓶颈
集成电路加工过程中，光刻是核心。其主要作用是将掩膜板上的图 形复制到衬底表面的光刻胶图形上，以便进行硅片的刻蚀，为离子 注入工序做好准备。光刻成本占据了整个制造成本的35％，一般的 光刻工艺流程包括前处理、匀胶、前烘、对准曝光、显影、后烘。 ;缩小晶体管的尺寸和线宽的基本方法在于改进光刻技术，把刻蚀 在硅片上的晶体管做得更小、连接晶体管的导线做得更细。而在光 刻加工技术中，最小线宽的加工取决于所选用的光波的波长(光刻 的光斑直径等于半波长)。目前，光刻中使用的光源是深紫外光， 所以现行的光刻技术也被称为深紫外光光刻技术。但是，即使使用 较短波长的ArF准分子激光光源，其光刻精度仍然无法达到小于0.1 微米。也就是说，当集成电路最小线宽的要求小于0.1微米时，现 行的光刻技术将无能为力而面临着失败。
晶体管
谜底从1830年开始逐步揭开
1830年布拉菲（A.Bravais）提出假设：一些 物质的结构是按照某种规则在空间上周期而 无限分布的。这种物质称为晶体。 1926年量子力学诞生。 1931年，威尔逊（A．H．Wilson）建立了固 态半导体量子力学模型理论。 晶体管就是上面的现象放到固体物理学中研 究的成果。
8086（Intel） 6800(Motorola) 80286(Intel)
3/5/8/10 5 6/8/10/12.5
29,000 68,000 134,000
4 3
1986 1989 1993 1994 1997 1997(5) 1998(4)
80386(Intel) 80486(Intel) 80586(Intel) Pentium(Intel) K6(AMD) PII(Intel) K6-2(AMD)
AMD K-6(1997.4)
Opteron(2003.4)
酷睿™2四核(2007.1)
30多年间计算机CPU集成度的发展状况（1）
年份 1971
处理器型号（厂家）
4004（Intel）
时钟频率 （MHz）
集成度 （晶体管数/片） 2,300
线宽 （μm）
1873
8080（Intel）
4,800
1978 1980 1982
集成电路
把多个元器件制作在一块半导体晶体上所 形成的电路，就称为集成电路（scale integration, SI）。
多个元器件在印刷电路板
集成电路
1958年9月，杰克-S-基尔比（Jack Kilby） 成功地在一块不超过4平方毫米的锗片上， 集成了20余个元件（晶体管、电阻和电 容）。
16 33~50 60~66 75~120 166~300 2336~300 350~400
275,000 1,200,000 3,100,000 3,300,000 8,800,000 7,500,000 9,300,000
1.5 1 1 0.6 0.35 0.35 0.25
30多年间计算机CPU集成度的发展状况（2）
然而，限制微处理器的能耗并非易事。为使芯片能耗降 低，就要在材料性能和晶体管结构上进行大量的改进。 例如:，美国IBM公司首倡的以铜代铝技术，即芯片中采 用铜线代替原先的铝线连接技术，由于铜比铝导电性更 好，可以提高器件间的传输速率，降低连线的电阻，在 提高芯片性能的同时，也能够在一定程度上降低芯片的 发热量。另外，开发双内核微处理器，开发向微处理器 的部分区域输送少量电流的小型能量来源，以及寻找能 够代替或使硅的性能得到进一步增强的新型化合物等， 也有一定的效果。
在漫长的岁月中，人们只是从宏观上来研究“电” 。
从电气世界到电子世界
1897年英国物理学家J.J.汤姆逊确认阴极 射线的粒子性，证实了电子的存在，人类 对于电的研究才开始进入了微观——电子 世界。汤姆逊及其试验装置
真空管
1883年，“爱迪生效应”。 1904年，弗莱明与 热离子阀。
早在3000多年前，人类已经开始认识“电”。
东汉初期的王充：“顿牟（玳瑁）掇芥” 晋朝人关于摩檫起电 公元前6世纪希腊七贤之一的泰勒斯发现摩檫琥珀吸引小物体， 把这种现象称为琥珀——λεκτρον
1600年英国物理学家吉伯的带电实验 1752年富兰克林的放风筝实验 1785年法国科学家库仑关于电测量的实验 1799年意大利科学家伏特的电化实验 1820年丹麦自然哲学家奥斯特的电流效应实验 法国物理学家安培关于载流螺旋管与磁铁等效性实验 1895年俄国波波夫和意大利的马克尼的无线信号传送实验。
“The Traitorous Eight” 与Fairchild （直译为“仙童”）
1956年“The
Traitorous Eight” （“八叛逆”）离开萧克莱，得到名 为Fairchild（直译为“仙童”）摄影 器材公司老板谢尔曼· 费尔柴尔德（S. Fairchild）提供的3600美元的种子基 金和150万美元的财力支持，创办了 一个企业——仙童半导体公司。
22,300,000
1999(10)
2002(1) 2003(3) 2005(5)
PIII-Coppermine (Intel)
P4 (Intel) 迅驰(Intel) PD(双核)
1,400
1,300~2,200 2,400
28,100,000
55,000,000 77,000,000 230,000,000
集成电路
诺依斯使用平面工艺方法，即藉着蒸镀金 属、微影、蚀刻等方式，解决了集成电路 中不同元件间导线连结的问题。
集成电路
1961年集成电路开始用于计算机（德克萨斯仪器公司与美国空军 合作） 几款有代表性的CPU芯片
4004(1971.1)
P2(1997.5)
Athlon 64 (2003.9)
真空管
热离子阀催生了世界 上第一只电子管—— 真空二极管。 1906年，德福雷斯特 在弗莱明的玻璃管内 添加了金属网状的 “栅极”，形成三极 管。
真空管
商品三极真空管及其内部结构
电子管的出现，极大地推动了无线电技术 自动控制技术和计算技术的发展。
晶体管
从对于晶体的发现和研究开始
3000年前，人们就想揭开指南针的秘密 1611年，开普勒对雪花呈六角形产生了好奇 1834年法拉第发现硫化银电阻会随温度升高而下降 1874年布劳恩发现金属与硫化物接触面上会出现单向导电现象 1876年亚当斯和代依发现硒表面会发生光生电动势 1929年迈斯纳观测到硫化铜在低温下变得比纯铜导电性好 1883年弗立兹制成一个实用硒整流器 1911年梅里特制成了硅整流器，用于无线检波（铜矿石也可以） 1926年前后，锗被用于整流，同时，光电池成为商品。
3.2.1
摩尔的预言
微电子业发展最有影响的人物之一——戈 登· 摩尔(Gordon Moore)于1965年发现的 在集成电路业界灵验了近40多年的规律。
摩尔的预言
芯片上集成的晶体管数量将每18个月翻一 番。
3.2.2 微电子技术发展的瓶颈
摩尔定律神奇地灵验了半个世纪，对此连摩尔自己也惊 讶不已。因为摩尔定律提出时，集成电路问世才6年， 摩尔的实验室也只能将50只晶体管和电阻集成在一个芯 片上。如今，一个芯片上已经密植了近十亿个器件。对 此。不断有人置疑：这种状况能一直持续下去吗？对此 ，摩尔本人也无不忧虑。早在1993年，就在Intel公司刚 开始大规模采用0.50微米芯片制造工艺之时，摩尔就在 一次科技大会上发表了一篇名为《指数级增长定律的终 结》的讲话，预言当芯片制造工艺达到0.25微米级别的 时候，摩尔定律将遇到难以克服的技术和成本问题。
1. 材料瓶颈
随着集成电路集成度的提高，芯片中晶体管的尺寸会越 来越小，这就对制作集成电路的半导体单晶硅材料的纯 度要求也越来越高。哪怕是极其微小的缺陷或杂质，都 有可能使集成电路中的某个或数个晶体管遭到破坏，最 终导致整个集成电路的失败。同时，集成电路集成度的 提高还会引发另一个十分棘手的问题。随着集成块上晶 体管器件之间绝缘厚度的减小，当电路的尺寸接近电子 波长（大约小到5个原子的厚度）时，由于量子隧道效 应电子将会穿过绝缘层，使器件无法正常工作。
3. 互连瓶颈
当集成电路进入超大规模阶段后，器件特征尺寸已经进入深亚微米 阶段，金属互连在整个集成电路芯片中所占的面积越来越大，金属 互连问题也就自然成了集成电路进一步发展的关键。要想进一步提 高芯片的集成度，就要减少金属连线宽度，增加连线层数。而连线 宽度减小不仅会引起连线电阻增加，电路互连延迟时间增大，而且 还会导致电流密度增加，引起电迁移和应力迁移，严重影响电路的 可靠性。 传统的芯片采用的是铝连线。但铝互连线已经不能满足超大规模集 成电路进一步发展的需要。目前，铜互连技术正迅速走向实用。与 铝相比，铜具有电阻率低（室温）、抗电迁移和应力迁移特性好等 优点。
晶体管
1945年夏，贝尔实验室成立7人的固体物理研究 小组。 组长：萧克莱 1947年11月，萧克莱、巴丁、布莱登实验 1947年12月16日布莱登的的第一个点接触晶体 管 1947年12月23日制作成语音放大器——晶体管 诞生日
晶体管
N
P N
晶体管
1955年，贝尔实验室 研制出世界上第一台 全晶体管计算机 TRADIC。 在晶体管发明中的贡 献，使萧克莱、布莱 登和巴丁荣获了1956 年诺贝尔物理奖。
4. 能耗和散热瓶颈
随着集成电路芯片中晶体管数量大幅度增多，芯片工作 时产生的热量也同样在大幅度增加，芯片的散热问题已 经成为当今超大规模集成电路进一步发展的严重障碍， 降低器件的能耗和解决芯片的散热也已成为微电子学技 术进一步发展的一个主要技术瓶颈。特别是，随着芯片 工作频率的不断提高，其发热量也急剧上升。有人估计 。当微处理器速度达到30~100吉赫时，运算次数则达 到10000亿次/秒，这时高速运行的微处理器芯片的发热 量将几乎与核反应产生的热量或太阳表面的热量不相上 下。